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od体育官网|循环充放电的保障,硅负极中两种粘结剂有何区别

发布时间:2021-11-13 01:56浏览次数:
本文摘要:粘结剂在硅负极中充分发挥的起到是极为关键的,粘结剂最主要的起到就是获取强劲粘结力以维持电极结构的完整性,确保锂离子电池的循环充放电的长时间展开。大多数的研究中所牵涉到到的粘结剂主要是两种:PVDF(聚偏二氟乙烯)和CMC(羧甲基纤维素)。再行说道说道PVDF,它的分子链非常简单,柔韧性较好,与硅颗粒之间的起到主要是通过F原子和H原子所构成的很弱的范德华力。

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粘结剂在硅负极中充分发挥的起到是极为关键的,粘结剂最主要的起到就是获取强劲粘结力以维持电极结构的完整性,确保锂离子电池的循环充放电的长时间展开。大多数的研究中所牵涉到到的粘结剂主要是两种:PVDF(聚偏二氟乙烯)和CMC(羧甲基纤维素)。再行说道说道PVDF,它的分子链非常简单,柔韧性较好,与硅颗粒之间的起到主要是通过F原子和H原子所构成的很弱的范德华力。

鉴于这种作用力较为很弱,所以在硅颗粒展开嵌锂(对应电池电池过程)体积收缩至3倍时,这种作用力就不会被弱化以后毁坏,而多次的循环充放电的后果就是硅颗粒消灭裂化,此时PVDF没能力把颗粒挤满在一起,在微观方面颗粒间的电认识弱化甚至消失,必要造成了宏观电池容量的较慢波动。再说CMC,它是纤维素的衍生物,分子链中所含刚性的六元杂环,柔韧性较好,如上图右图。大多数的研究找到,用于刚性分子链结构的CMC却可以获得更佳的容量维持亲率。

这个结果或许不好解读,长时间来讲具备柔韧性好的粘结剂享有更大的应力程度,因此在接续硅颗粒收缩和维持硅负极结构完整性方面应当略胜一筹才对。右上图表明的是三种本体膜即CMC膜、PVDf膜和SBR-CMC膜各自对应的形变-突发事件曲线。从图中可以显现出,本体CMC膜是较为脆性的,脱落伸长率仅有为5-8%,相对于Si颗粒仅次于300%的体积变化真是是杯水车薪。

而即便有弹性超好的SBR(丁苯橡胶)为其助阵,其脱落伸长率也还是在13%以下,而某种程度条件下PVDF则可以超过20%以上。尽管PVDf的脱落伸长率远高于CMC,但是在循环充放电曲线中却看到有任何优势,反而是用于CMC的循环稳定性最佳(左上图)。

不妨再行来看下CMC在体系中的起到:一方面是作为分散剂,协助炭黑和Si颗粒更加均匀分布的产于;另一方面桥连模型告诉他我们CMC在溶液中延伸的分子链可以作为网状结构基体,在炭黑和Si颗粒间构成有效地的桥连结构确保填充电极的导电性。再行解释一下桥连模型,这个模型说道的是高分子链的有所不同链段导电在有所不同颗粒上,又或者是有所不同颗粒上导电的链段之间再次发生互相胶体,就看起来有所不同的岛屿之间通过桥相连在一起,颗粒就相等于岛,高分子链段就相等于桥,而且是三维立交桥互相交叉相连。在悬浮液的溶剂冷却后(即填充物后的潮湿过程),这种桥连形态的电极结构以求保有,并且颗粒间距离更加密切。桥连起到各不相同分子形态结构和分子量。

分子形态结构所指的是在沉淀在溶剂中的聚合物大分子的形状,理论上来讲,分子量越高形态结构延伸越大,构成桥连结构的可能性也越大。CMC的分子链还包括刚性骨架和其它基团(主要为羧基、羟基)刚性骨架可以协助CMC分子伸延的很远,而羧基间的静电敌视起到,使得分子形态拓展更加甚广(意味著更加多桥连的可能性),仅次于拓展尺度可以超过260nm(DS=0.7,Mw=90000)而对于PVDF来说,柔性的骨架(C-C骨架)使得分子形态呈现出卷曲状,结构单元随便排序。

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并且分子链会在溶剂分子起到下收缩,因此仅次于尺度在30nm左右(Mw=180000)。从这个看作,刚性链在构成桥连结构方面更加占优。上图表明的制浆及填充物过程中,CMC与Si材料间的相互作用。

CMC链段中的羧基(-COOH)与Si材料SiO2层的羟基(-OH)之间的水解醛反应是确保Si电极循环稳定性的关键,该反应不会受到CMC自身代替度(DS)的影响,必要减小代替度,不利于提升共价键的分解数量。此外,通过减少制浆体系pH值,也可以更进一步提高CMC与Si之间的相互作用,提升电池循环寿命。

综上可以显现出,尽管与PVDF比起,CMC为刚性分子链并且脱落伸长率也较小,但是才是在于它的刚性链使其分子形态扩展充份,再加链段上所含较多的羧基、羟基,减少了它与Si颗粒的起到范围和作用力,因此才使得它在循环稳定性方面展现出得更加出众。但是,目前即使用于了CMC的Si基材料的收缩问题仍然不存在并且十分相当严重,而解决问题收缩问题的方法也有很多,还包括合金化、多孔化等等。

本文企图通过对CMC起到机理的分析给大家获取一个解决问题的思路,或许就有一种理想的粘结剂正等待着我们去找到。


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